仝 艳 吕 品 岳丽丽

河南中医药大学药学院 河南郑州 450046

蒸馏是中药制药工程原理与设备课程中的重点内容之一。按蒸馏方法可以分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏以及特殊精馏。精馏是生产中应用最广泛的蒸馏方式，可以用于分离各组分挥发度相差不大的均相液体混合物。精馏过程是利用气相多次部分冷凝和液相多次部分汽化的原理进行的。精馏操作的设备是精馏塔，在中药提取车间，精馏塔主要用于酒精的回收再利用[1,2]。在精馏实验教学过程中，学生由于种种原因，包括理论知识掌握不好、没做实验预习、不参与实验的准备、缺乏合理的分工合作及实验报告内容设置等，对实验的兴趣不大，不能积极主动地参与到实验中。多年的教学实践表明，要解决上述问题必须要培养学生的能动性。

1 良好的理论基础

良好的理论基础会提高学生实验的主动性和积极性。在理论课上，学生要能够学会精馏的基本原理，初步了解板式精馏塔的结构和操作过程，否则在实验时会无所适从、错误百出。

在精馏的学习过程中，需要掌握的重点难点较多，包括2组分溶液的气液相平衡图、相平衡方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程、q线方程以及理论塔板数的计算等。因此，教师在课堂上需要采用多种教学手段引发学生的学习兴趣，才能收到较好的教学效果。例如，利用多媒体给出，2组分溶液多次部分汽化和部分冷凝的温度组成图，气液两相在经过多次部分冷凝后气相中可得到高纯度的易挥发组分；经过多次部分汽化，液相中可得到高纯度的难挥发组分。结合清晰美观的图片，学生跟随教师的讲解就很容易理解精馏操作的原理。在讲解结构较为复杂的板式精馏塔时，以生动有趣的动画辅助教学。在轻松的氛围中，学生了解了精馏塔内部有多块塔板，由精馏段和提馏段两部分组成，进料板以上的塔段是精馏段，进料板以下的塔段(包括进料板)是提馏段。在塔顶有液体回流，在塔底有蒸汽回流。为了在塔顶和塔底分别产生液体回流和蒸汽回流，要设置塔顶冷凝器和塔底再沸器。对于相平衡方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程、q线方程以及理论塔板数的计算等内容，必须以适量课堂习题进行反复练习才能很好地掌握。

2 认真进行实验预习

预习是学生能动性的一种体现，也是实验能够成功的关键[3]。精馏操作较为复杂，需测定较多数据并进行分析计算，实验的不确定因素较多。为了能成功完成实验，不仅要求学生预习后写出预习报告，对实验目的、实验原理及过程有整体的了解，而且在课前时间教师对学生的预习效果进行检查并进行答疑。例如，计算理论塔板数要用到q线方程、精馏段操作线方程及提馏段操作线方程。对于q线方程的获取，学生普遍感觉很难。经过分析发现，出现该问题的原因在于学生不知道如何得到料液(一定配比的乙醇水溶液)的露点温度和泡点温度。这个问题表明，学生在课堂上并没有真正掌握两组分溶液的温度组成图。此外，使用酒度计对进料液的酒度进行测量后，要换算为标准20 ℃的酒度V20，然后计算乙醇的摩尔含量。在此过程中，学生往往会对进料温度下的酒度和V20的转换提出疑问，并会对酒度计产生浓厚的兴趣。此外，在实验中还有一个经常出现的问题，就是学生会忘记在进料前测定进料液的温度。这就造成q线方程、提馏段操作线及进料液的V20都无法通过计算得到，从而影响实验数据的汇总及实验结果的分析。

3 实验准备

在实验前要进行实验的准备工作，主要包括精馏塔的调试和试剂的配置，为培养学生的主动性和能动性，要求学生参与全部的实验准备工作。(1)学生参与精馏塔的开车，在进料前达到一个良好的状态。学生通过在塔釜加入蒸馏水、开启电源进行加热、打开塔顶冷凝器进水阀和塔釜出液冷却水阀控制塔釜压力，这一系列的操作，对于精馏塔的结构和操作都有了初步的了解，为进行实验打下了基础。(2)学生参与进料液的配置。在等待精馏塔稳定的过程中，学生要根据实验的要求配置一定浓度的乙醇水溶液。例如，用量筒量取3 000 mL的乙醇和2 000 mL的水并混合在一起进行搅拌，分别测定温度和酒度、并由专人进行记录。在这个过程中，学生要用到量筒，酒度计和温度计等进行量取和测定，进一步锻炼了动手能力，激发了学生对实验的兴趣。

4 分工合作

在精馏实验中，要实时测定较多的数据，需要学生分工合作才能成功完成实验。在进料液的配制和测定过程中，学生已经初步体验了团体合作的乐趣，大家的兴致很高。在正式进料前，由教师再次强调实验过程、需要测定的数据以及容易出现的问题。学生经过讨论后安排各自的任务，并各就各位。在此过程中，一是回流比和釜压要始终进行控制。在精馏操作中，回流比是塔顶回流的流量与塔顶产品的流量之比，用转子流量计进行测定并计算。在实际实验过程中，塔顶回流的流量、塔顶产品的流量并不是稳定的，另外在持续加热下，釜压也会发生变化，这就需要学生根据实时观察进行及时调节，使之维持在恒定范围。二是在灵敏板温度稳定后，每隔10分钟，分别读取塔顶产品的酒度、塔釜产品的酒度及8个测温点的温度，直至进料完毕。学生除了及时测定并记录数据外，要及时进行数据分析，例如，塔顶产品的酒度忽然变小了而塔釜的酒度忽然变大了的数据，塔内的温度突然升高了或突然降低了的数据。如果出现这样的问题，学生之间可以进行讨论解决问题，如果解决不了，可以找实验教师解决。在这个过程中，学生通过主动地参与实验，锻炼了动手能力，培养了通过思考解决问题的学习态度和团结合作的工作态度，提高了学生学习的能动性和积极性。

5 数据分析及实验报告

学生在顺利完成实验后，会获得成功的满足感和喜悦感，对精馏操作的学习充满兴趣，非常有利于实验能动性的培养。

精馏实验分析过程中涉及的数据量较大，学生可利用计算机进行分析或者以相关的手册进行查找。例如，要在乙醇水溶液的温度组成图中查出露点温度和泡点温度，那么学生就要根据相关数据，利用计算机做出温度组成图；利用教师准备的手册进行实测酒度和V20之间的转换。按照实验要求进行数据的汇总，可以手工绘制表格，也可以在计算机上进行操作，实验数据填写要清楚明了，各组不得相互抄袭。

在准备好数据后，还要经过大量的计算才能填写实验报告。(1)根据回流比写出精馏段操作线方程。(2)写出q线方程。首先根据进料液温度在乙醇水溶液的温度组成图查找露点温度和泡点温度，分别计算在进料组成和露点下的饱和蒸汽的焓、进料组成和泡点下的饱和蒸汽的焓及进料组成和实际进料温度下的进料液的焓，根据公式计算得到q值，并代入到q线方程中。(3)写出提馏段操作线方程。先计算精馏段操作线方程和q线方程的交点(xd，yd)以及塔釜的组成xw，根据(xd，yd)和(xw，yw)两点坐标写出提馏段操作线方程。(4)计算理论塔板数和塔板效率。根据作图法或逐板计算法可得到精馏塔的理论塔板数。在实际教学过程中，一般要求采用作图法得到理论塔板数。学生要将精馏段操作线、q线及提馏段操作线都绘制在气液相平衡图上，在相平衡线和操作线之间作直角梯级，直角梯级的数量即为理论塔板数。由于塔底再沸器液也相当于一块理论塔板，理论塔板数-1/实际塔板数可得到全塔效率。

对精馏实验进行准确的数据分析是写好实验报告的前提，在这个过程中，每组学生要把各自的数据进行汇总并对数据的完整性进行检查。确证无误后，再对数据进行相应的处理并填写实验报告。在实验报告上，要对实验中遇到的问题进行分析，并写出解决的方法。

6 结语

精馏实验的操作过程和实验报告书写较为复杂，涉及的设备、仪器及理论知识点较多，主动积极的学生才能更好地完成实验。如何在实验教学中带动学生的学习积极性并培养其主观能动性，这是一个较难的问题。对于精馏实验来说，学生能动性的培养要贯穿于整个实验当中，从理论学习、实验预习、实验准备、实验进行到实验报告的撰写和问题分析都是非常重要的环节。教师在教学过程中要根据实际学情合理安排，营造适当的氛围，调动学生的主观能动性，使学生能积极主动地参与实验，轻松快乐地完成实验，并为其他课程的学习打下良好的基础。